La fisica dietro i 100 metri piani: come temperatura e umidità possono valere un decimo di secondo

Martedì 11 agosto, all'Alexander Stadium di Birmingham, la finale dei 100 metri maschili assegnerà uno dei titoli più attesi dei Campionati Europei di atletica 2026. In una gara che spesso si decide per pochi centesimi di secondo, a fare la differenza non è soltanto il talento degli atleti. Secondo uno studio del fisico J. R. Mureika, anche la combinazione di temperatura, pressione atmosferica e umidità può modificare il tempo finale: nelle condizioni più estreme analizzate, la differenza supera un decimo di secondo, pur a parità di quota e dopo aver corretto i risultati per il vento. Il motivo? La diversa densità dell'aria, la quale determina quanta resistenza aerodinamica il velocista deve vincere durante la corsa.

Il primo rivale di ogni sprint è la resistenza dell’aria: lo studio di fisica

Ogni sprinter, mentre corre, deve vincere la resistenza aerodinamica (drag), ovvero la forza che l'aria esercita sul corpo in movimento. La sua intensità dipende dalla velocità relativa tra atleta e aria, ma anche dalla densità dell'aria: più l'aria è densa, maggiore è la resistenza da superare. A velocità superiori ai 42 km/h, tipiche dei migliori velocisti, questo effetto non è trascurabile.

Tradizionalmente, per stimare l'effetto della resistenza dell'aria sulle prestazioni si è considerata soprattutto l'altitudine della pista: più si sale di quota, più l'aria è rarefatta e minore è il drag. Un esempio celebre sono le Olimpiadi di Città del Messico del 1968, disputate a 2.240 metri di altitudine, dove l'aria meno densa contribuì a siglare 24 record del mondo. Lo studio The Effects of Temperature, Pressure, and Humidity Variations on 100 Meter Sprint Performances, del fisico J. R. Mureika, mostra però che l'altitudine è solo una parte della storia: la densità dell'aria dipende anche dalla temperatura, dalla pressione atmosferica e dall'umidità, che insieme possono modificare sensibilmente la resistenza incontrata dal corridore.

Temperatura, pressione e umidità nei 100 metri piani: la "quota virtuale" che nessuno vede

Il concetto chiave dello studio è quello di altitudine di densità: una sorta di quota "virtuale" che dipende non solo dall'altitudine reale del luogo di gara, ma anche dalla temperatura, dalla pressione atmosferica e dall'umidità. In pratica, due piste poste alla stessa quota possono offrire condizioni aerodinamiche molto diverse. Quando l'aria è calda, le sue molecole si allontanano tra loro e la densità diminuisce. Anche l'umidità contribuisce, in modo meno intuitivo, a rendere l'aria più leggera: il vapore acqueo è infatti costituito da molecole meno pesanti di quelle di ossigeno e azoto che sostituiscono nell'atmosfera, riducendo così la densità complessiva dell'aria. Il risultato è una minore resistenza aerodinamica, come se la gara si disputasse a una quota più elevata. Al contrario, un’aria fredda, secca e ad alta pressione aumenta la densità dell'atmosfera e quindi il drag. Per valutare quantitativamente questo effetto, Mureika ha esteso un modello numerico di sprint sviluppato da Norman Linthorne nel 1994, introducendo per la prima volta l'influenza combinata di temperatura, pressione e umidità sulla resistenza aerodinamica.

Dal 15 °C secco al 35 °C umido: oltre un decimo di secondo di differenza

Per valutare quanto incidano le condizioni atmosferiche, Mureika ha simulato le prestazioni sui 100 metri considerando temperature comprese tra 15 e 35 °C, umidità relativa dallo 0 al 100%, pressioni atmosferiche tra 85 e 105 kPa e venti da -3 a +3 m/s. I risultati sono stati confrontati con una gara di riferimento corsa in 9,70 secondi, a livello del mare, senza vento e con una temperatura di 25 °C.

La sola temperatura ha un effetto limitato: nell'intervallo considerato modifica il tempo di appena 0,02 secondi, confermando quanto già emerso in studi precedenti. Quando però si considerano insieme temperatura, pressione e umidità, l'impatto diventa molto più marcato. Tra le condizioni più sfavorevoli — 105 kPa, 15 °C e 0% di umidità, che producono l'aria più densa — e quelle più favorevoli — 85 kPa, 35 °C e 100% di umidità, con aria meno densa — il modello prevede una differenza superiore a un decimo di secondo, anche dopo aver corretto i tempi per l'effetto del vento. Nei 100 metri, dove medaglie e record si decidono spesso per pochi centesimi di secondo, un margine di questa entità può fare la differenza tra una prestazione eccellente e un record del mondo.

Cosa significa per gli Europei di atletica 2026 a Birmingham e per i record

Ad agosto Birmingham, sede degli Europei di atletica 2026, registra storicamente temperature massime intorno ai 22 °C, ben lontane dai 35 °C considerati nello scenario più favorevole simulato da Mureika. Ciò lascia pensare che gli effetti delle sole condizioni termiche sulle prestazioni saranno probabilmente contenuti, anche se l'impatto reale dipenderà sempre dalla combinazione di temperatura, pressione atmosferica e umidità, che insieme determinano la densità dell'aria.

Al di là del caso specifico degli Europei, il lavoro di Mureika offre uno strumento utile per confrontare in modo più corretto prestazioni ottenute in condizioni atmosferiche diverse, per esempio un 100 metri corso in piena estate a Roma e uno disputato in una fresca serata del Nord Europa. La lezione principale è che la tradizionale correzione per altitudine e vento, usata per "pesare" record e prestazioni, non basta a rendere davvero comparabili due gare. Serve tenere conto anche della densità dell'aria che l'atleta ha dovuto attraversare, un fattore che i cronometristi difficilmente considerano ma che la fisica, come mostra il lavoro di Mureika, non può ignorare.

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